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最后更新2024-11-19 08:31 |
| 镍合金标准|合格 |
GH132/GH2132镍基高温合金材料特性及应用
GH2132简介：
该合金是Fe-25Ni-15Cr基高温合金，加入钼、钛、铝、钒及微量硼综合强化。在650℃以下具有高的屈服强度和持久、蠕变强度，并且具有较好的加工塑性和满意的焊接性能。适合制造在650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件
前言
GH2132合金是一种25Ni-15Cr-Fe基变形高温合金，主要用作650℃下的涡轮盘和紧固件，其含有Ti、Al和其他微量合金元素，主要通过时效析出γ'相Ni₃(Ti,Al)来强化[1]，该合金的主要特征是在工作温度和室温都表现出相似的力学性能，是由稳定的流变应力决定的，同时由于Cr的存在，有良好的抗腐蚀性能[2]。
1 实验材料和方法
用于此实验的GH2132合金是经真空感应炉和电渣重熔冶炼的，其化学成分见表1[3]。
GH2132合金在1080℃保温均匀化后，经热轧机由φ37mm轧到φ9.5mm,空冷；然后把φ9.5mm的盘条在950℃固溶1.5h后油冷，接着把冷却后的盘条在冷拔机上经过以下6个道次拉拔到φ4.45mm,为防止晶粒的异常长大，冷变形量必须超过
6%,具体冷拔道次如下：φ9.50→φ7.78→φ7.08→φ6.28→φ5.58→φ4.99 →φ4.45。
φ4.45mm丝被切成200mm的长条后放入马弗炉进行不同方式的热处理，热处理后经打磨、抛光在AG-100KNG拉伸试验机上进行性能测试。热处理后的合金显微组织都在扫描电镜下观察，扫描前所有的样品经机械抛光，然后用1.5gCuSO₄+40mLHCl和20mLCH₃COOH腐蚀液来观察微观组织的晶粒度，γ'的大小和分布。
2实验结果与分析
2.1单一固溶的影响
单一固溶对此合金的拉伸性能影响不大，如表2所示，即固溶时间从1h延长到3h,抗拉强度 和屈服强度σo₂都没有显著变化，基本保持在700MPa和300MPa,GH2132合金在固溶态具有良好的塑性，伸长率δ和面收缩率ψ分别在39%～44%和68%～71%,随固溶时间的延长，伸长率和面收缩率尽管有轻微的下降，但可认为塑性基本不随固溶时间的延长而发生变化。由于GH2132合金主要是由γ相析出沉淀强化，固溶后析出相和各种强化元素都回到γ奥氏体基体中，没有第二相的沉淀强化作用，单一的奥氏体基体表现出低强度高塑性的特点。
2.2时效对固溶的作用
GH2132合金在表2固溶的基础上进行710℃×16h时效处理后的拉伸性能结果见表3。通过对比可以看出，在各固溶时间下，时效能在固溶的基础上将σ由700MPa提高到1200MPa,σo₂由300 MPa提高到700MPa,但时效态塑性相对固溶态来说大幅度下降，δ由40%下降到24%,ψ由70%下降到40%。这主要是由于时效能使固溶态的奥氏体析出第二相γ相，起沉淀强化的作用，以切割机制阻止变形时位错的运动，一方面有利于强度的提高；但另一方面会降低塑性，因此显示出时效后强度升高，塑性下降的现象。
与固溶态拉伸性能几乎不随固溶时间的影响截然不同，时效态拉伸性能随固溶时间的延长(从1～3h),抗拉强度逐渐提高，屈服强度逐渐降低，伸长率和面收缩率也有少量上升。
抗拉强度随固溶时间延长逐渐提高，是由于固溶时间的延长，促使固溶处理越充分，固溶时把含有Ni、Ti、Al的各种碳化物、氮化物或其他含有这些元素的相重新溶入合金里，为时效析出提供足够充分的Ni、Ti、Al元素，为析出数量更多的γ'相Ni₃(Ti,Al),如图1所示，γ相以切割机制或绕过机制阻止变形时位错的运动，促使合金得到强化。因此，固溶时间越长，析出相越多，GH2132合金强化程度越大，即抗拉强度越高。
2.3不同时效制度的影响
GH2132合金经过900℃固溶1.5h后进行不同的时效处理，其拉伸性能如表4所示。可看出，低温二级时效(720℃×16h+660℃×16h)最有利于此合金的拉伸性能，能将其抗拉强度提高到1240MPa,高温二级时效(760℃×16h+700℃×16h)最不利于此合金的拉伸性能，其抗拉强度仅为1130MPa,一级时效性能居中，并随时效温度的降低，抗拉强度有上升的趋势。
由GH2132合金的热处理可知四，冷变形后合金的织构稳定性变差，二级时效比一级时效更有利于合金性能的稳定，次时效应在比通常采用的时效温度较高的温度下进行，随后在比通常时效温度较低的温度下进行第二次时效。次时效可使析出相γ'聚集长大，并逐渐颗粒化，从而使合金的塑性、韧性得到提高，缺口的敏感性下降。然后在低的温度下进行第二次时效，增加γ'相的析出量，并改善其分布，使合金的屈服强度得到提高。故低温二级时能使合金得到最高的抗拉强度1240MPa和屈服强度815MPa,而且伸长率和面收缩率良好的综合性能。正如图2(e)所示，析出相由大颗粒的γ'相和弥散细小的γ相综合组成，保证合金具有良好的综合性能。
2.4直接时效的影响
冷变形后的GH2132合金直接时效后的拉伸性能如表5所示。时效温度为600～700℃时，抗拉强度和屈服强度逐渐减小，分别从1650、1560MPa降低到1330、1150MPa,伸长率和断面收缩率逐渐升高，分别由4%和19%上升到13%和24%。
由此可见，经过冷变形的合金，由于冷变形加速了γ相的沉淀，采用较低的时效温度就能使GH2132合金得到的强化效果，与50%冷变形量GH2132合金在600℃时效可以达到硬度切一致。虽然时效温度越低，GH2132合金的强化效果越显著，但与此同时，塑性也越差，可见直接时效温度对此合金性能有着双重影响，在促使强度提高的同时会导致塑性的下降。合金时效时的强化和软化作用是由两个因素决定的：γ相的析出尺寸和数量，回复后的晶粒和亚结构。
3结论
(1)GH2132合金对单一固溶不敏感，抗拉强度保持在700MPa左右，屈服强度保持在300MPa左右，伸长率和断面收缩率都很高，分别为40%和
70%左右。
(2)710℃时效能将固溶后的GH2132合金的抗拉强度提高500MPa,达到1200MPa,屈服强度提高400MPa,达到700MPa,但会使伸长率和断面收缩率降低，仍然符合使用需求，分别为25%和40%左右。
(3)经过不同冷变形后合金可以使用两种热处理工艺来强化合金，分别为固溶+时效制度和直接时效制度。固溶+时效热处理工艺为900℃固溶2.5h油冷，720℃×16h+660℃×16h空冷，保证δ>22%时，抗拉强度能达到1240MPa以上，直接时效热处理工艺为680℃直接时效，保证δ>12%时，抗拉强度能达到1400MPa以上。
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